01
Ágrip
Volfram, vegna hás bræðslumarks, góðrar varmaleiðni og lítillar vetnissöfnunar, er tilvalið efni fyrir plasma-stilla íhluti í kjarnasamrunaofnum. Hins vegar, innri stökkleiki þess og hátt sveigjanlegt-brött umskiptishitastig (DBTT) gera það mjög viðkvæmt fyrir sprungum við leysivinnslu. Þetta er í grundvallaratriðum vegna afar mikils kælingarhraða og hitastigs sem leiðir til hitauppstreymis og veikingar á kornamörkum. Núverandi aðferðir til að bæla sprungur eru meðal annars forhitun undirlags, nanóagnablöndur og púls leysir, en þessar aðferðir hafa takmarkanir eins og niðurbrot dufts, breytingar á samsetningu eða aukið grop. Á undanförnum árum hefur leysigeislamótun (eins og hringgeislar) verið notuð til að draga úr hámarksafli, umbreyta djúpsuðu í varmaleiðandi suðu, sem í raun dregur úr hitastigum og kælihraða. Sveifla leysigeisla getur hrært í bráðnu lauginni, einsleitt varmainntak enn frekar og stuðlað að myndun jafnása korna. Báðar aðferðirnar eru byggðar á varmafræðilegri stjórn og hafa viðbótarkerfi. Í þessari grein er lagt til að sameina þau til að ná endurtekinni sprungu-lausri suðu á hreinu wolfram án forhitunar eða breytinga. Áhrif geislalögunar og sveiflustærða á sprungur, bráðnu laugina og örbyggingu eru rannsökuð kerfisbundið, sem gefur tilvísun fyrir síðari aukefnaframleiðslu.
02
Yfirlit
Þessi rannsókn bar kerfisbundið saman áhrif þriggja leysigeislaforma-Gaussgeisla, hringkjarnadreifingar (RC 80/20) og hringlaga geisla-á sprunguhegðun eins-suðu í hreinum wolframþunnum plötum undir mismunandi sveiflubreytum. Með því að sameina varmaeðlisfræðilega uppgerð, ljóssmásjárgreiningu og EBSD lýsingu, var gerð fjöl-kvarðagreining, allt frá stórsæjum sprungutölfræði og rúmfræði bráðnu laugar til smásjárkornsbyggingar. Tilraunaniðurstöður sýna að Gaussgeislinn, vegna of mikils hámarksafls síns, myndar auðveldlega djúpa og þrönga bráðna laug (dýpt-til-breiddarhlutfalls > 1), sem leiðir til alvarlegrar sprungu, með-lausu hraða sem er aðeins 36%. Aftur á móti, hringlaga og RC 80/20 geislar, með því að minnka hámarksaflþéttleika, víkka og grynnra bráðnu laugina, sem dregur verulega úr hitastigi og kælihraða. RC 80/20 geislinn einn getur náð 80% sprunguhraða-lausum. Byggt á þessum grunni, bætti sveiflur leysigeisla enn frekar niður sprungu í öllum geislategundum, þar sem stærðarhlutföll fóru almennt niður fyrir 1. Samsetning RC 80/20 og sveiflu gekk best og náði 91% sprunguhraða- í 55 færibreytusettum. Ennfremur leiddi það til myndunar stærri jafnása kristalla í bráðnu lauginni, sem samsvaraði náið eftirlíkingu á kælihraða minnkun um allt að 45%. Lokatölfræðileg greining leiddi í ljós að lögun geisla, leysirafl og skönnunarhraði voru mikilvægustu breyturnar sem höfðu áhrif á sprungubyrjun, en sveiflutíðni og amplitude höfðu engin marktæk áhrif innan umfangs þessarar rannsóknar. Þetta sýnir að sameinuð aðferð geislamótunar og sveiflu getur náð endurtekinni sprungu-frjálsri suðu á wolfram án forhitunar eða efnisbreytinga.
03
Grafísk greining
Gögnin í efra vinstra horni myndar 1 sýna að við sömu blettþvermál (202 μm) og vinnsluaðstæður er hitastig G RC 80/20 geislans verulega lægri en Gauss geislans á meðan vaxtarhraði R er aðeins hærri. Lykillinn liggur í niðurstöðum kælihraðaútreikningsins í efra hægra horninu -kælihraði RC 80/20 geislans minnkar um u.þ.b. 40% samanborið við Gauss-geisla með sama blettþvermáli og minnkar enn frekar um u.þ.b. 45% fyrir hringlaga geislann. Þverskurðurinn af hermdu bráðnu lauginni- hér að neðan endurspeglar þetta líka sjónrænt: Bráðu laugin á löguðu geislanum er breiðari og grynnri. Þessi gögn útskýra beint hvers vegna mótun geisla getur á áhrifaríkan hátt dregið úr hitauppstreitu-sprungum, sem veitir sterkan stuðning fyrir síðari tilraunir frá varmafræðilegu sjónarhorni.
Mynd 2 samsvarar Gaussgeisla. Án sveiflu fer lengdarsprunga í gegnum alla suðuna. Hins vegar, með því að bæta við sveiflu, jafnvel við svipaðan línuorkuþéttleika, hverfur sprungan alveg. Mynd 3 samsvarar RC 80/20 geisla. Án sveiflu er enn til sprunga við háan línuorkuþéttleika. Með því að bæta við sveiflu er sprungan alveg eytt. Þetta sýnir fullkomlega að óháð lögun geislanna getur sveifla í raun bælt sprungur. Aðbúnaðurinn er sá að geislasveiflan hrærir í bráðnu lauginni, sem gerir varmainntakið jafnara. Upphaflega þrönga og djúpa bráðnu laugin er verulega breikkuð og hlutfall dýptar-til-breiddar fer niður fyrir 1. Suðustillingin breytist úr djúpsuðu yfir í varmaleiðarasuðu og losar þar með hitaspennu.
Mynd 4 mælir áhrif vinnslustefnunnar á örbyggingarstigi. Vinstra megin sýnir að meðalkornastærð Gaussgeislans (93 μm) er aðeins 10,2 μm; með því að nota RC 80/20 eitt og sér (202 μm) hækkar það í 14,3 μm; og þegar RC 80/20 er sameinað sveiflu, grófast kornin enn frekar, sem passar fullkomlega við eftirlíkingarniðurstöðu 45% minnkunar á kælihraða. Hlutfallsgögnin til hægri sýna að korn mótunar- og sveiflusamsetningar eru nær jafnásum (hlutfall nálægt 1), en korn Gaussgeisla eru greinilega súlulaga (hlutfall stærra). Hærra hlutfall og meiri fjöldi jafnaxlaðra korna þýðir að vélrænni eiginleikar efnisins eru samsætulegri og viðnám þess gegn sprunguútbreiðslu er sterkari og útskýrir þannig hvers vegna sprungur eru í raun bældar á örbyggingarstigi.
04
Samantekt
Þessi rannsókn staðfestir að sameinuð aðferð við mótun leysigeisla og sveiflu getur náð endurtekinni sprungu-frjálsri suðu á hreinu wolfram án forhitunar eða efnisbreytinga. Meðal prófaðra breytu gaf RC 80/20 hringkjarnageislinn ásamt sveiflu bestu niðurstöðurnar og náði 91% sprungulausu-hraða, sem er marktækt hærra en 36% Gaussgeislans. Þessi samsetning bælir á áhrifaríkan hátt úr sprungum með því að minnka hámarksaflþéttleika og hræra í bráðnu lauginni, umbreyta suðuhamnum í hita-leiðandi suðu, draga úr kælihraða um allt að 45% og stuðla að myndun stærri jafnása kristalla. Lögun geisla, leysirkraftur og skönnunarhraði eru helstu breytur sem hafa áhrif, en sveiflutíðni og amplitude hafa lítil áhrif. Framtíðarrannsóknir þurfa að sannreyna frekar notagildi þessarar stefnu í fjöl-lags-, fjöl-flötum lagskiptum og í raunverulegri PBF-LB/M-framleiðslu.
